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The eukaryotic parasite Trypanosoma brucei has evolved sophisticated strategies to persist within its mammalian host. Trypanosomes evade the hosts' immune system by antigenic variation of their surface coat, consisting of variant surface glycoproteins (VSGs). Out of a repertoire of thousands of VSG genes, only one is expressed at any given time from one of the 15 telomeric expression sites (ES). The VSG is stochastically exchanged either by a transcriptional switch of the active ES (in situ switch) or by a recombinational exchange of the VSG within the active ES. However, for infections to persist, the parasite burden has to be limited. The slender (sl) bloodstream form secretes the stumpy induction factor (SIF), which accumulates with rising parasitemia. SIF induces the irreversible developmental transition from the proliferative sl to the cell cycle-arrested but fly-infective stumpy (st) stage once a concentration threshold is reached. Thus, antigenic variation and st development ensure persistent infections and transmissibility. A previous study in monomorphic cells indicated that the attenuation of the active ES could be relevant for the development of trypanosomes. The present thesis investigated this hypothesis using the inducible overexpression of an ectopic VSG in pleomorphic trypanosomes, which possess full developmental competence. These studies revealed a surprising phenotypic plasticity: while the endogenous VSG was always down-regulated upon induction, the ESactivity determined whether the VSG overexpressors arrested in growth or kept proliferating. Full ES-attenuation induced the differentiation of bona fide st parasites independent of the cell density and thus represents the sole natural SIF-independent differentiation trigger to date. A milder decrease of the ES-activity did not induce phenotypic changes, but appeared to prime the parasites for SIF-induced differentiation. These results demonstrate that antigenic variation and development are linked and indicated that the ES and the VSG are independently regulated. Therefore, I investigated in the second part of my thesis how ES-attenuation and VSG-silencing can be mediated. Integration of reporters with a functional or defective VSG 3'UTR into different genomic loci showed that the maintenance of the active state of the ES depends on a conserved motif within the VSG 3'UTR. In situ switching was only triggered when the telomere-proximal motif was partially deleted, suggesting that it serves as a DNA-binding motif for a telomere-associated protein. The VSG levels seem to be additionally regulated in trans based on the VSG 3'UTR independent of the genomic context, which was reinforced by the regulation of a constitutively expressed reporter with VSG 3' UTR upon ectopic VSG overexpression.
Ziel: Durch physiotherapeutische Stimulation sehr kleiner Frühgeborener (FG) ab dem 5. Lebenstag bis zur korrigierten 4. Lebenswoche soll im Vergleich mit Frühgeborenen, die gezielt erst ab vierter korrigierter Lebenswoche Physiotherapie erhielten, eine Verbesserung der neurovegetativen, statomotorischen und perzeptiven Entwicklung erreicht und gegebenenfalls der langfristige Bedarf an Krankengymnastik reduziert werden. Methode: In einer randomisierten, prospektiven Studie an 125 Neugeborenen mit einem Gestationsalter (GA) von < 33 Wochen wurde der Einfluss einer Stimulation nach Vojta untersucht. Die Patienten wurden nach ihrer Geburt zwischen Januar 2001 und März 2004 auf der Intensivstation der Kinderklinik Frankfurt/Main-Höchst behandelt und wiesen außer ihrer Unreife keine zusätzlichen schwer wiegenden Erkrankungen auf. Eine Stimulationsgruppe (n=61) wurde nach festgelegtem Protokoll zweimal (mindestens einmal) täglich stimuliert, während die Kontrollgruppe (n=64) keine Stimulation erhielt. Der stationäre Behandlungsverlauf wurde dokumentiert, dabei wurden Parameter wie Apnoen, Bradykardien, Beatmungsdauer, Sauerstoffbedarf, parenterale oder orale Ernährung gesondert ausgewertet. Mit Vollendung der 36. Gestationswoche und im korrigierten Alter von 4 Wochen wurden alle Kinder von zwei neuropädiatrisch ausgebildeten Fachärztinnen ohne Kenntnis der Gruppenzugehörigkeit untersucht (kinesiologische und neurologische Untersuchung nach VOJTA). Bei der Untersuchung im korrigierten Alter von 4 Wochen wurde von denselben Ärztinnen entschieden, welche Kinder beider Gruppen Physiotherapien benötigten. Für die Kinder aus der Kontrollgruppe bedeutete das einen Ersteinstieg in die Krankengymnastik auf neurophysiologischer Grundlage nach Vojta, bei der Stimulationsgruppe wurde von der VOJTA-Stimulation auf VOJTA-Therapie umgestellt. Die weiteren Untersuchungen fanden im korrigierten Alter von 3, 6, 9, 12, 18 und 24 Monaten statt und wurden mit 12, 18 und 24 Monaten durch die Münchener funktionelle Entwicklungsdiagnostik ergänzt. An der letzten Untersuchung mit 24 Monaten nahmen noch 45 Kinder der Stimulationsgruppe und 40 Kinder der Kontrollgruppe teil. Folgende Parameter wurden in beiden Gruppen statistisch ausgewertet: Dynamik der Entwicklung der Reflexe, Zahl der abnormen Lagereaktionen und Teilmuster, Asymmetrien, krankengymnastische Behandlung sowie die verschiedenen Ergebnisse der Entwicklungsdiagnostik in Abhängigkeit von der jeweiligen Altersstufe und getrennt nach 50. und 95. Perzentile. Ergebnis: Im Durchschnitt entsprachen Entwicklung und neurologische Befunde dem korrigierten Lebensalter, signifikante Unterschiede zwischen Stimulations- und Kontrollgruppe zeigten sich nicht. Allerdings war ein deutlich (wenn auch nicht signifikant) höherer Anteil Asymmetrien in der Gruppe derjenigen Frühgeborenen zu erkennen, die erst mit Beginn der korrigierten 4. Lebenswoche in Behandlung genommen worden waren. Fazit: Die Stimulation kleiner FG (GA < 33 Wochen) ab der 2. bis zur korrigierten 4. Lebenswoche nach VOJTA ergibt im Vergleich zu Kindern mit späterem Therapiebeginn keine signifikante Verbesserung neurologischer oder entwicklungsdiagnostischer Befunde bis zur Vollendung des 2. Lebensjahres, immerhin aber normalisieren sich frühstimulierte Frühgeborene mit Asymmetrien im Verlauf des ersten Lebensjahres häufiger. Die Häufigkeit der krankengymnastischen Behandlung konnte insgesamt nicht signifikant gesenkt werden. Zu berücksichtigen bleibt, dass hier eine hoch selektierte Frühgeborenenpopulation (Ausschluss von Frühgeborenen mit Komplikationen wie z. B. Hirnblutungen II. Grades) untersucht wurde – ob bei Frühgeborenen mit zusätzlichen Risikofaktoren andere Ergebnisse zu erzielen wären, sollte in weiteren Untersuchungen geklärt werden.
The work presented in this thesis covers the effects of early-life adversity in the context of altered serotonin (5-HT; 5-hydroxytryptamine) system functioning in mice. The main body is focussing on a screening approach identifying molecular processes, potentially involved in distinct behavioural manifestations that emerge from or are concomitant with early adversity and, with regard to some behavioural manifestations, dependent on the functioning of the 5-HT system.
Die Pilzkörper von Drosophila melanogaster stellen eine für die Lebensfähigkeit dieses Organismus entbehrliche Gehirnstruktur dar. Die Entwicklungsprozesse, die der Bildung dieser zentralnervösen Struktur zugrunde liegen, sind gut erforscht. Die neuronalen Stammzellen, die für die Bildung dieser Gehirnstruktur verantwortlich sind, sind identifiziert und experimentell gut zugänglich. Daher bietet sich die Drosophila-Pilzkörperentwicklung als neurogenetisches Modellsystem an, grundlegende Mechanismen der Gehirnentwicklung durch die Untersuchung von Pilzkörperstrukturmutanten zu erforschen. In dieser Arbeit wurde mushroom bodies undersized P1 (mbuP1) als eine durch Transposon- Insertion in den Casein-Kinase-2ß-Genlokus verursachte, hypomorphe Mutation identifiziert, die zu einer starken Verringerung der Anzahl der die Pilzkörper bildenden intrinsischen Neurone führt. Eine Reversion des mbuP1-Pilzkörperphänotyps konnte unter anderem durch die Expression von Casein-Kinase-2ß-(CK2ß)-Transgenen im mbuP1-Hintergrund erzielt werden. Durch Rekombination wurde ein fertiler mbuP1-Stamm etabliert, der nun die Untersuchung der zellulären mbuP1-Defekte ermöglicht. Eine partielle, letale Deletion der CK2ß-Transkriptionseinheit wurde erzeugt. Die Letalität dieser Deletion konnte sowohl durch ein genomisches CK2ß-Transgen als auch durch die ubiquitäre Expression einer CK2ß-cDNA gerettet, und hierdurch die essentielle Funktion der CK2ß-Transkriptionseinheit in Drosophila belegt werden. Durch die ubiquitäre Expression von in vitro-mutagenisierten CK2ß-cDNAs im CK2ß-Letalhintergrund wurde gezeigt, daß die Phosphorylierung der regulatorischen CK2ß-Untereinheit durch die katalytisch aktive CK2α-Untereinheit kein lebensnotwendiger Prozess ist. Gleichartige Experimente wurden zur Untersuchung der funktionellen Bedeutung eines CK2ß-Zinkfingermotivs und eines CK2ß-Destruction-Box-Motivs durchgeführt. Diese legen nahe, daß das Zinkfingermotiv im Gegensatz zum Destruction-Box-Motiv für die in vivo-Funktion der CK2ß-Untereinheit essentiell ist. Expression der in vitro-mutagenisierten CK2ß-cDNAs im mbuP1-Hintergrund werden die funktionelle Bedeutung der ausgetauschten Aminosäuren für die Pilzkörperentwicklung zeigen. Eine letale genetische Interaktion von mbuP1 mit einer Mutation des Drosophila-MAP-Kinase-Gens rolled (rlSem) und eine lebensfähige Interaktion von mbuP1 mit einer Mutation des Drosophila-S6-Kinase-p90rsk-Gens ignorant (ignP1), bei der Flügel- und Augenent-wicklungsdefekte zu beobachten sind, wurden gefunden. Es wurde zudem gezeigt, daß rlSem als Suppressor des Pilzkörperphänotyps eines schwächeren mbu-Allels wirkt. Hierdurch konnte eine Beteiligung der Casein-Kinase-2 an MAP-Kinase-Signalübertragungswegen wahrscheinlich gemacht werden.
The superfamiliy of bees, Apiformes, comprises more than 20,000 species. Within the group, the eusocial species like honeybees and bumblebees are receiving increased attention due to their outstanding importance for pollination of many crop and wild plants, their exceptional eusocial lifestyle and complex behavioral repertoire, which makes them an interesting invertebrate model to study mechanisms of sensory perception, learning and memory. In bees and most animals, vision is one of the major senses since almost every living organism and many biological processes depend on light energy. Bees show various forms of vision, e.g. color vision, achromatic vision or polarized vision in order to orientate in space, recognize mating partners, detect suitable nest sites and search for rewarding food sources. To catch photons and convert light energy into electric signals, bees possess compound eyes which consists of thousands of single ommatidia comprising a fixed number of photoreceptors; they are characterized by a specific opsin protein with distinct spectral sensitivity. Different visual demands, e.g. the detection of a single virgin queen by a drone, or the identification and discrimination of flowers during foraging bouts by workers, gave rise to the exceptional sex-specific morphology and physiology of male and female compound eyes in honeybees. Since Karl von Frisch first demonstrated color vision in honeybees more than 100 years ago, much effort has been devoted to gain insight into the molecular, morphological and physiological characteristics of (sex-specific) bee compound eyes and the corresponding photoreceptors. However, to date, almost nothing is known about the underlying mechanisms during pupal development which pattern the retina and give rise to the distinct photoreceptor distribution. Hence, in Chapter 2 and 3 I aimed to better understand the retinal development and photoreceptor determination in the honeybee eye. In a first step, the intrinsic temporal expression pattern of opsins within the retina was evaluated by quantifying opsin mRNA expression levels during the pupal phase of honeybee workers and drones. First results revealed that honeybee workers and drones express three different opsin genes, UVop, BLop and Lop1 during pupal development which give rise to an ultraviolet, blue, and green-light sensitive photoreceptor. Moreover, opsin expression patterns differed between both sexes and the onset of a particular opsin occurred at different time points during retinal development. Immunostainings of the developing honeybee retina in Chapter 2 showed that at the beginning of pupation the retina consist only of a thin hypodermis. However, at this stage all retinal structures are already present. From about mid of pupation, opsin expression levels increase and goes hand in hand with the differentiation of the rhabdoms, suggesting a two-step process in photoreceptor development and differentiation in the honeybee compound eye. In a first step the photoreceptor cells meet its fate during late pupation; in a second step, the quantity of opsin expression in each photoreceptor strongly increase up to the 25-fold shortly after eclosion. To date, the underlying mechanisms leading to different photoreceptor types have been intensively studied in the fruit fly, Drosophila melanogaster, and to some extend in butterflies. Interestingly, the molecular mechanisms seemed to be conserved within insects and e.g. the two transcription factors, spalt and spineless, which have been shown to be essential for photoreceptor determination in flies and butterflies, have been also identified in the honeybee. In chapter 3, I investigated the expression patterns of both transcription factors during pupal development of honeybee workers and showed that spalt is mainly expressed during the first few pupal stages which might correlate with the onset of BLop expression. Further, spineless showed a prominent peak at mid of pupation which might initiates the expression of Lop1. However, whether spalt and spineless are also essential for photoreceptor determination in the honeybee has still to be investigated, e.g. by a knockdown/out of the respective transcription factor during retinal development which leads to a spectral phenotype, e.g. a dichromatic eye. Such spectral phenotypes can then be tested in behavioral experiments in order to test the function of specific photoreceptors for color perception and the entrainment of the circadian clock. In order to evaluate the color discrimination capabilities of bees and the quality of color perception, a reliable behavioral experiment under controlled conditions is a prerequisite. Hence, in chapter 4, I aimed to establish the visual PER paradigm as a suitable method for behaviorally testing color vision in bees. Since PER color vision has considered to be difficult in bees and was not successful in Western honeybees without ablating the bee’s antennae or presenting color stimuli in combination with other cues for several decades, the experimental setup was first established in bumblebees which have been shown to be robust and reliable, e.g. during electrophysiological recordings. Workers and drones of the bufftailed bumblebee, Bombus terrestris were able to associate different monochromatic light stimuli with a sugar reward and succeeded in discriminating a rewarded color stimulus from an unrewarded color stimulus. They were also able to retrieve the learned stimulus after two hours, and workers successfully transferred the learned information to a new behavioral context. In the next step, the experimental setup was adapted to honeybees. In chapter 5, I tested the setup in two medium-sized honeybees, the Eastern honeybee, Apis cerana and the Western honeybee, Apis mellifera. Both honeybee species were able to associate and discriminate between two monochromatic light stimuli, blue and green light, with peak sensitivities of 435 nm and 528 nm. Eastern and Western honeybees also successfully retrieve the learned stimulus after two hours, similar to the bumblebees. Visual conditioning setups and training protocols in my study significantly differed from previous studies using PER conditioning. A crucial feature found to be important for a successful visual PER conditioning is the duration of the conditioned stimulus presentation. In chapter 6, I systematically tested different length of stimuli presentations, since visual PER conditioning in earlier studies tended to be only successful when the conditioned stimulus is presented for more than 10 seconds. In this thesis, intact honeybee workers could successfully discriminate two monochromatic lights when the stimulus was presented 10 s before reward was offered, but failed, when the duration of stimulus presentation was shorter than 4 s. In order to allow a more comparable conditioning, I developed a new setup which includes a shutter, driven by a PC based software program. The revised setup allows a more precise and automatized visual PER conditioning, facilitating performance levels comparable to olfactory conditioning and providing now an excellent method to evaluate visual perception and cognition of bees under constant and controlled conditions in future studies.
While gene expression is a fundamental and tightly controlled cellular process that is regulated at multiple steps, the exact contribution of each step remains unknown in any organism. The absence of transcription initiation regulation for RNA polymerase II in the protozoan parasite Trypanosoma brucei greatly simplifies the task of elucidating the contribution of translation to global gene expression. Therefore, we have sequenced ribosome-protected mRNA fragments in T. brucei, permitting the genome-wide analysis of RNA translation and translational efficiency. We find that the latter varies greatly between life cycle stages of the parasite and ∼100-fold between genes, thus contributing to gene expression to a similar extent as RNA stability. The ability to map ribosome positions at sub-codon resolution revealed extensive translation from upstream open reading frames located within 5' UTRs and enabled the identification of hundreds of previously un-annotated putative coding sequences (CDSs). Evaluation of existing proteomics and genome-wide RNAi data confirmed the translation of previously un-annotated CDSs and suggested an important role for >200 of those CDSs in parasite survival, especially in the form that is infective to mammals. Overall our data show that translational control plays a prevalent and important role in different parasite life cycle stages of T. brucei.
TRAIL is a member of TNF superfamily and mediates apoptosis by binding to two DRs, TRAILR1 and TRAILR2. Despite the fact that there are other TRAILRs, TRAILR1 and TRAILR2 receive the major research interest due to their ability to trigger apoptosis and their possible use as targets in tumor therapy. Due to the potential advantages of TRAILR1- or TRAILR2-specific targeting, we investigated recently published TRAIL DR-specific mutants, one conferring specificity for TRAILR1 (TRAILmutR1) and one for TRAILR2 (TRAILmutR2). It was well proved in this work that TRAILmutR1 shows specific binding to TRAILR1 and no specific binding to TRAILR2. TRAILmutR2 vice versa shows specific binding to TRAILR2 and no significant binding to TRAILR1. Moreover, these mutants were able to induce caspase activation and cell death in a TRAILR1/2-specific manner. Moreover, the enhancement of TRAILR2-induced apoptosis by secondary oligomerization of soluble wild-type TRAIL was confirmed for the TRAILR2-specifc TRAIL mutant and similar findings were made with the TRAILR1-specific TRAIL mutant.
The soluble form of TRAIL exhibits weak apoptotic activity as compared to transmembrane TRAIL. Therefore, there is the challenge in clinical research to improve the activity of soluble TRAIL. A second strategy besides the above mentioned oligomerization to improve soluble TRAIL activity is anchoring of the molecule to the cell surface, e.g. through the genetic fusion with a scFv domain recognizing a cell surface antigen. In this work, we generated fusion proteins of TRAIL, TRAILmutR1 and TRAILmutR2 with a scFv recognizing CD40 (scFv:G28). Initially, we analyzed the functionality of both the TRAIL domain and the scFv:G28 domain of the corresponding fusion proteins. TRAIL functionality was well proved through its ability to induce cell death in TRAIL sensitive cells such as Jurkat cells, provided that scFv:G28-TRAIL fusion proteins were oligomerized by anti-Flag mAb M2. Concerning the scFv:G28 domain, the fusion proteins showed enhanced binding affinity to cell lines expressing CD40 as compared to their parental CD40-negative cells. Consistent with previous studies investigating TRAIL fusion proteins with other cell surface antigen-targeting scFvs, the scFv:G28 fusion proteins with TRAIL, TRAILmutR1 and TRAILmutR2 showed enhanced induction of cell death in a CD40-dependent manner. Moreover, our results revealed that these fusion proteins have a significant paracrine apoptotic effect on CD40-negative bystander cells upon anchoring to CD40-positive cells which are TRAIL resistant. Thus, the current work provides for the first time scFv fusion proteins of TRAIL and TRAILR1- and TRAILR2-specific TRAIL mutants with CD40-restricted activity. These fusion proteins provide the advantage of attenuating the off-target effects and the potential side effects of per se highly active TRAIL variants on one hand due to the CD40-binding dependent enhancement of activity and on the other hand due to the differential use of TRAILR1 and TRAILR2.
CD40 represents a tumor associated marker which is expressed on many tumor cells but also on immune cells. Therefore, the last part of this work focused on the analysis of the ability of scFv:G28-TRAIL fusion proteins to induce CD40 signaling both in tumor cells and also in immune cells. It turned out that the scFv:G28-TRAIL fusion proteins are able to induce CD40 signaling in CD40-positive tumor cells but especially also in immune cells such as iDCs leading to their maturation and further activation of immune responses.
Taken together, this work provides novel bifunctional scFv-TRAIL fusion proteins which combine the induction of apoptosis via TRAIL DR with stimulation of CD40 signaling which possibly enhances antitumor immunity.
In situations of real threat, showing a fear reaction makes sense, thus, increasing the chance to survive. The question is, how could anybody differentiate between a real and an apparent threat? Here, the slogan counts “better safe than sorry”, meaning that it is better to shy away once too often from nothing than once too little from a real threat. Furthermore, in a complex environment it is adaptive to generalize from one threatening situation or stimulus to another similar situation/stimulus. But, the danger hereby is to generalize in a maladaptive manner involving as it is to strong and/or fear too often “harmless” (safety) situations/stimuli, as it is known to be a criterion of anxiety disorders (AD). Fear conditioning and fear generalization paradigms are well suited to investigate fear learning processes. It is remarkable that despite increasing interest in this topic there is only little research on fear generalization. Especially, most research on human fear conditioning and its generalization has focused on adults, whereas only little is known about these processes in children, even though AD is typically developing during childhood. To address this knowledge gap, four experiments were conducted, in which a discriminative fear conditioning and generalization paradigm was used.
In the first two experiments, developmental aspects of fear learning and generalization were of special interest. Therefore, in the first experiment 267 children and 285 adults were compared in the differential fear conditioning paradigm and generalization test. Skin conductance responses (SCRs) and ratings of valence and arousal were obtained to indicate fear learning. Both groups displayed robust and similar differential conditioning on subjective and physiological levels. However, children showed heightened fear generalization compared to adults as indexed by higher arousal ratings and SCRs to the generalization stimuli. Results indicate overgeneralization of conditioned fear as a developmental correlate of fear learning. The developmental change from a shallow to a steeper generalization gradient is likely related to the maturation of brain structures that modulate efficient discrimination between threatening and (ambiguous) safety cues. The question hereby is, at which developmental stage fear generalization gradients of children adapt to the gradients of adults. Following up on this question, in a second experiment, developmental changes in fear conditioning and fear generalization between children and adolescents were investigated. According to experiment 1 and previous studies in children, which showed changes in fear learning with increasing age, it was assumed that older children were better at discriminating threat and safety stimuli. Therefore, 396 healthy participants (aged 8 to 12 years) were examined with the fear conditioning and generalization paradigm. Again, ratings of valence, arousal, and SCRs were obtained. SCRs indicated differences in fear generalization with best fear discrimination in 12-year-old children suggesting that the age of 12 years seems to play an important role, since generalization gradients were similar to that of adults. These age differences were seen in boys and girls, but best discrimination was found in 12-year-old boys, indicating different development of generalization gradients according to sex. This result fits nicely with the fact that the prevalence of AD is higher in women than in men.
In a third study, it was supposed that the developmental trajectory from increased trait anxiety in childhood to manifest AD could be mediated by abnormal fear conditioning and generalization processes. To this end, 394 children aged 8 to 12 years with different scores in trait anxiety were compared with each other. Results provided evidence that children with high trait anxiety showed stronger responses to threat cues and impaired safety signal learning contingent on awareness as indicated by arousal at acquisition. Furthermore, analyses revealed that children with high trait anxiety showed overall higher arousal ratings at generalization. Contrary to what was expected, high trait anxious children did not show significantly more fear generalization than children with low trait anxiety. However, high-trait-anxious (HA) participants showed a trend for a more linear gradient, whereas moderate-trait-anxious (MA) and low-trait-anxious (LA) participants showed more quadratic gradients according to arousal. Additionally, after controlling for age, sex and negative life experience, SCR to the safety stimulus predicted the trait anxiety level of children suggesting that impaired safety signal learning may be a risk factor for the development of AD.
Results provide hints that frontal maturation could develop differently according to trait anxiety resulting in different stimuli discrimination. Thus, in a fourth experiment, 40 typically developing volunteers aged 10 to 18 years were screened for trait anxiety and investigated with the differential fear conditioning and generalization paradigm in the scanner. Functional magnetic resonance imaging (fMRI) were used to identify the neural mechanisms of fear learning and fear generalization investigating differences in this neural mechanism according to trait anxiety, developmental aspects and sex. At acquisition, HA participants showed reduced activation in frontal brain regions, but at generalization, HA participants showed an increase in these frontal regions with stronger linear increase in activation with similarity to CS+ in HA when compared to LA participants. This indicates that there is a hyper-regulation in adolescents to compensate the higher difficulties at generalization in form of a compensatory mechanism, which decompensates with adulthood and/or may be collapsed in manifest AD. Additionally, significant developmental effects were found: the older the subjects the stronger the hippocampus and frontal activation with resemblance to CS+, which could explain the overgeneralization of younger children. Furthermore, there were differences according to sex: males showed stronger activation with resemblance to CS+ in the hippocampus and frontal regions when compared to females fitting again nicely with the observation that prevalence rates for AD are higher for females than males.
In sum, the studies suggest that investigating developmental aspects of (maladaptive) overgeneralization may lead to better understanding of the mechanisms of manifest anxiety disorders, which could result in development and provision of prevention strategies. Although, there is need for further investigations, the present work gives some first hints for such approaches.
Angsterkrankungen gehören zu den am weitesten verbreiteten psychischen Erkrankungen und stellen eine beträchtliche soziale und wirtschaftliche Herausforderung für unsere Gesellschaft dar. Aversive frühe Erfahrungen sind ein bekannter Risikofaktor für die Entwicklung verschiedener psychischer Erkrankungen, insbesondere Angststörungen. Während der frühen Entwicklung findet die Programmierung der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden- (HHN)-Achse, die die Ausschüttung des Stresshormons Cortisol in Menschen bzw. Corticosteron in Mäusen steuert, statt. Wenn Individuen in dieser kritischen Phase Stress ausgesetzt sind, wird die regelrechte Ausbildung der HHN-Achse gestört, was zu dysregulierten Verhaltensantworten auf Stressreize im späteren Leben führen kann. Das Serotonin (5-HT)-System als eines der ausgedehntesten Neurotransmittersysteme ist an der Vermittlung der Effekte von früher Stressexposition auf angstähnliche Verhaltensweisen beteiligt.
Das Ziel dieser Studie ist es, die Interaktion zwischen genetischer Prädisposition und negativen Einflüssen in frühen Entwicklungsstadien auf die Ausbildung von Angstverhalten im Erwachsenenalter näher zu beleuchten.
In dieser Studie wurden Tryptophanhydroxylase 2 (Tph2)-defiziente weibliche Mäuse als Modell für ein lebenslanges konstitutives 5-HT Synthesedefizit im zentralen Nervensystem verwendet. Nachkommen dieser Mauslinie wurden im frühen Lebensalter Maternaler Separation (MS), d.h. einem mütterlichen Trennungsparadigma, unterzogen und im Erwachsenenalter im „Open field“ (OF) oder in der „Dark-light box“ (DLB) getestet. Im Anschluss an die Verhaltensexperimente wurde die neuronale Aktivierung immunhistochemisch durch Darstellung des frühzeitig auftretenden Genprodukts c-Fos bestimmt.
In der DLB zeigten homozygot Tph2-defiziente Mäuse eine verringerte motorische Aktivität im hellen Kompartiment, und dieser Effekt konnte durch MS normalisiert werden. Zusätzlich verstärkte MS bei diesem Genotyp das Auftreten von fluchtartigen Sprüngen. Im OF hat MS fluchtartige Verhaltensweisen in homo- und heterozygoten Tph2-defizienten Mäusen befördert.
Beide Verhaltenstests führten zu spezifischen neuronalen Aktivierungsmustern, die mithilfe von c-Fos- Immunhistochemie ausgewertet wurden. Die Durchführung des DLB-Tests führte in Abhängigkeit vom Vorhandensein von Tph2 zur Aktivierung des paraventrikulären Kerns des Hypothalamus (PVN) und der basolateralen Amygdala (BL), wohingegen die Exposition gegenüber dem OF-Test zu einer Aktivierung der lateralen Amygdala (La) in Tieren, die einem mütterlichen Trennungsparadigma unterzogen wurden, sowie einer Aktivierung des ventrolateralen (VLPAG) und dorsolateralen (DLPAG) periaquäduktalen Höhlengraus in Abhängigkeit von Tph2 und MS führte.
Zusammenfassend weisen die Ergebnisse dieser Studie darauf hin, dass MS aktive Verhaltensantworten auf aversive Reize in Abhängigkeit vom Vorhandensein von 5-HT im Gehirn fördert. Diese Effekte könnten durch die spezifische Aktivierung von mit Angstverhalten in Zusammenhang stehenden Gehirnregionen während der Verhaltensexperimente vermittelt werden.
Die vorliegende Arbeit stellt im Rahmen eines systematischen Literaturüberblicks die Entwicklungsphasen des wachsenden Fußes sowie die Reifung des Gangbildes dar. Daraus werden Anforderungen an einen Kinderschuh sowie an einen Kindersportschuh abgeleitet. Zusätzlich werden gängige Kindersportschuhe verschiedener Größen hinsichtlich ihrer Dämpfungseigenschaften und Vorfußflexibilität untersucht und die Ergebnisse vor dem Hintergrund der Literaturübersicht bewertet. In der Einleitung wird erläutert, wie der Fuß sich ohne den Einfluss von Schuhen entwickelt und was einen gesunden Fuß ausmacht. Dem wird die Lage der Kinderschuhversorgung in Deutschland gegenübergestellt. Es werden die Ursachen erörtert, die einer besseren Versorgung mit optimal passenden sowie funktionell geeigneten Schuhen bisher entgegenwirken. Der Abschnitt Material und Methoden beschreibt die Testverfahren zur Überprüfung von Dämpfungs- und Flexibilitätseigenschaften von Schuhen. Es wurden insgesamt 15 Kindersportschuhe der Marke Adidas in den Größen 22, 30 und 35,5 untersucht. Die InstronÔ -Druckmaschine erlaubte ein der realen Belastung entsprechendes Kraft-Zeit-Profil auf den zu testenden Bereich der Schuhsohle zu übertragen. Für jeden Schuh wurden Grundsteifigkeit und funktionelle Steifigkeit für Vor- und Rückfußbereich sowie die Biegesteifigkeit für den Vorfußbereich gemessen. Aus der Hysteresekurve konnte der jeweilige Energieverlust berechnet werden. Weiterhin wurden Sohlendicke und Fersensprengung bestimmt. In der Diskussion folgt eine Darstellung der Fuß- und Beinachsenentwicklung während des Wachstums, sowohl aus anatomischer, als auch aus funktionell-biomechanischer Sicht. Die Reifung der Kinematik, der Bodenreaktionskräfte und der plantaren Druckverteilung beim Gehen und schnelleren Laufen wird beschrieben. Daraus werden allgemeine und spezifische Anforderungen an einen Kinder(sport)schuh hinsichtlich Materialeigenschaften, Dämpfung, Flexibilität, Stabilität, Passform und Fußbettung abgeleitet. Vor diesem Hintergrund werden die Resultate der getesteten Schuhe bewertet. Es zeigte sich eine sehr große Variationsbreite der Dämpfungs- und Biegeeigenschaften sowie der Fersensprengung zwischen den einzelnen Modellen und Größen. Da Vergleichswerte lediglich für Erwachsene, für Kinder dagegen kaum existieren und die Aussagen in der Literatur sehr allgemein gehalten sind, fiel es schwer, eine eindeutige Bewertung abzugeben. Trotzdem scheinen die Schuhe vor allem in den kleinsten Größen für das entsprechende Körpergewicht zu unflexibel und zu hart gedämpft.
Bei ungefähr 1,5 % der jährlich in Deutschland geborenen Kinder handelt es sich um sehr kleine Frühgeborene mit einem Geburtsgewicht von weniger als 1500g. In diese Studie aufgenommen wurden diejenigen der sehr kleinen Frühgeborenen, die zwischen dem 01. 01. 1992 und dem 31. 12. 1994 geboren und anschließend in der Kinderklinik der Universität Würzburg behandelt wurden. Diese Kinder sollten bezüglich ihrer Langzeitentwicklung beurteilt werden. Zum Zeitpunkt der letzten Datenerhebung waren die Kinder zwischen 5 und 8 ½ Jahre alt. 45,8 % der hier untersuchten Kinder können als entwicklungsretardiert im Vergleich mit der Normgruppe bezeichnet werden. Bei allen zur Beurteilung der motorischen, kognitiven und sprachlichen Entwicklung verwendeten Verfahren erzielten die Mädchen durchschnittlich höhere Werte als die Knaben, ein Einfluss des Geschlechts auf die Langzeitentwicklung sehr kleiner Frühgeborener konnte nachgewiesen werden.
In der vorliegenden Studie wurden erstmals Kinder und Jugendliche mit Zwangsstörungen in Hinblick auf eine veränderte Aktivierung von anteriorem cingulärem Cortex (ACC) und präfrontalen Arealen elektrophysiologisch untersucht. Zur Durchführung der Studie wurde als Paradigma ein cued Continuous Performance Test (cCPT) mit Aufgabenstellung zu Exekution und Inhibition vorbereiteter motorischer Reaktionen gewählt. In der Auswertung der Daten lag ein besonderer Schwerpunkt auf der Nogo-Anteriorisierung (NGA), die in der topographischen Analyse des ereigniskorrelierten Potentials P300 speziell die Aktivierung von ACC und präfrontalen Arealen erfasst. Um Vergleichswerte von gesunden Kindern und Jugendlichen zu erhalten und zugleich die NGA als elektrophysiologischen Parameter für das Kindes- und Jugendalter in Hinblick auf Auftreten und Beeinflussung durch Alter und Geschlecht zu validieren, wurden gesunde Probanden im Alter von 10 bis 17 Jahren mit einem ausgewogenem Verhältnis der Geschlechter mit dem identischen Studiensetting untersucht. Dabei konnte erstmals für ein kontinuierliches Altersspektrum für Kinder und Jugendliche gezeigt werden, dass die NGA bei älteren Kindern und Jugendlichen als stabiler elektrophysiologischer Parameter auftritt und zur Untersuchung von hirnelektrischer Aktivierung bei psychiatrisch erkrankten Kindern und Jugendlichen qualifiziert. In Übereinstimmung mit den Daten von Erwachsenen ergab sich kein geschlechtsspezifischer Einfluss; auch die mit dem Lebensalter zunehmende Frontalisierung der hirnelektrischen Aktivierung konnte für Kinder und Jugendliche nachvollzogen werden. Die Ergebnisse für jüngere Kinder, die nicht durchgängig eine NGA aufweisen, sind kongruent zu Vorbefunden und könnten einen Hinweis auf eine entwicklungsabhängige Ausbildung der NGA sein. Der Vergleich der Daten von Kindern und Jugendlichen mit Zwangsstörungen mit gesunden Gleichaltrigen zeigte keine signifikanten Unterschiede in der Ausprägung der NGA, die Hypothese einer differierenden Aktivierung von ACC und präfrontalen Arealen ist demnach nicht bestätigt. Unterschiede ergaben sich in den Verhaltensdaten, hier wiesen die Kinder und Jugendlichen mit Zwangsstörungen mehr falsche positive Fehler auf. Ebenfalls verändert war die Latenz der P300 für die Bedingung Go, die für die Patientengruppe verlängert war. Aus diesen Daten ergeben sich Hinweise auf eine veränderte initiale Informationsverarbeitung bei Kindern und Jugendlichen mit Zwangsstörungen in Aufgaben zu motorischer Reaktion. Eine weitere Schlussfolgerung dieser Studie geht aus den deutlichen Unterschieden zu den Daten von erwachsenen Probanden mit Zwangsstörungen hervor. Während bei den gesunden Kindern und Jugendlichen eine Entwicklung hin zu den Daten gesunder Erwachsener gezeigt werden konnte, weisen die differierenden Daten bei den Patienten mit Zwangsstörungen auf abweichende neurophysiologische Abläufe hin, wodurch die Hypothese einer für das Kindes- und Jugendalter spezifischen Pathophysiologie bei Zwangsstörungen gestützt und der weitere Bedarf an eigenständigen Studien mit Kindern und Jugendlichen zu psychiatrischen Erkrankungen unterstrichen wird.
Dargestellt werden die theoretischen Ziele, das methodische Vorgehen und die ersten Ergebnisse einer Longitudinalstudie zur Genese individueller Kompetenzen (LOGIK) im Vorschulalter. Dabei geht es vor allem um generelle Merkmale und differentielle Verläufe bei der Entwicklung kognitiver, sozialer und motivationaler Kompetenzen.
Liganden und Rezeptoren des Körpers spielen eine multifaktorielle Rolle in der Regulierung zellulärer Prozesse des Körpers. Der Tumornekrosefaktor (TNF), ein proinflammatorisches Zytokin, bindet natürlicherweise an zwei Rezeptoren, den TNF-Rezeptor 1 (TNFR1) oder den TNFR-Rezeptor 2 (TNFR2) und kann durch Aktivierung vielfältiger Signalwege unterschiedliche Zelleffekte im Körper auslösen. Während TNF in membrangebundener Form vorkommend TNFR1 sowie TNFR2 optimal stimulieren kann, ist lösliches TNF in der Lage zwar an beide Rezeptoren zu binden, natürlicherweise jedoch nur den TNFR1 zu stimulieren. Da eine unkontrollierte Bindung bzw. Aktivierung von beiden Rezeptoren schwere unerwünschte Nebenwirkungen wie Inflammationen haben kann, wurden zur konkreten Aktivierung der einzelnen Rezeptoren TNFR1 und TNFR2 spezifische TNF-Mutanten, wie TNF80 zur Bindung an TNFR2 und TNF60 zur Bindung an TNFR1 konstruiert. Durch die TNF-Mutante TNF80 gelingt es die TNFR2 Wirkungskette zu aktivieren, während die TNFR1-Stimulation verhindert wird. Die Aktivierung des TNFR2-Rezeptors hat eine Stimulierung von regulatorischen T-Zellen (Tregs) zur Folge.
Im Rahmen dieser Dissertation wurden einerseits die TNF-TNC-Formen weiterentwickelt, indem die konstante Domäne der schweren Antikörperkette des humanen IgG1 (Fc) hinzukloniert wurde. Hier wurde primär der Effekt der Oligomerisierung mit der aktivierenden Wirkung auf TNFR2 erforscht. Weiterhin wird jedoch durch die Bindungsspezifität des Fc-Fusionsproteins von TNF80 an Tregs eine antitumorale Wirkung ausgelöst, indem durch das ausgelöste ADCC die Tregs zerstört werden.
Andererseits wurden Kombinationskonstrukte von TNF80 und IL2 kloniert um die Bindungsspezifität des Fusionsproteins auf TNFR2, ebenso wie den IL2-Rezeptor welcher auf regulatorischen T-Zellen hoch exprimiert wird, herzustellen.
Die spezifische Stimulation von Tregs würde der Therapie von Autoimmunerkrankungen dienen.
In der Abteilung für Molekulare Innere Medizin in Würzburg wurde eine kovalent verknüpfte, nonamere Form von TNF, nämlich eine single-chain-TNF-TNC-Form hergestellt, sodass auch die Aktivierung von TNFR2 durch lösliches TNF möglich ist, was zur klinischen Anwendung (durch Injektionen) notwendig ist.
Nach Klonierung und Produktion der Konstrukte in HEK293-Zellen erfolgte deren Aufreinigung und Quantifizierung. Letztendlich wurde mittels Bindungsstudien die Funktionalität der aufgereinigten Fusionsproteine überprüft.
Zukünftige Studien müssen nun aufklären, ob die IL8-Produktion durch TNF80(h)-Flag-IL2(h) bzw. TNF80(mu)-Flag-IL2(mu) stimuliert wird, nachdem der IL2-Teil der Konstrukte den IL2-Rezeptor gebunden hat.
Gedächtnisstrategien sind bei der Einspeicherung und dem Abruf von Informationen hilfreich und stellen eine wichtige Determinante für alterskorrelierte Verbesserungen in der Gedächtnisleistung dar. Eine Gedächtnisstrategie, die kategoriale Organisationsstrategie, wurde in den letzten 35 Jahren intensiv erforscht. Bei dieser Lernstrategie werden semantisch kategorisierbare Informationen anhand ihrer kategorialen Struktur eingespeichert und reproduziert. Die Organisationsstrategie galt als relativ gut erforscht, bis eine längsschnittliche Studie, die Münchner Longitudinalstudie zur Genese individueller Kompetenzen (LOGIK-Studie; Weinert & Schneider,1999), Zweifel an den aus Querschnittstudien abgeleiteten Annahmen über einen graduellen, kontinuierlich ansteigenden Entwicklungsverlauf aufkommen ließ (Schneider & Sodian, 1997; Sodian & Schneider, 1999). Bei Betrachtung der individuellen Entwicklungsverläufe zeigte sich hier für den Großteil der Kinder ein sprunghafter Strategieerwerb und nur wenige Kinder ließen kontinuierlich ansteigende Strategiewerte erkennen. Darüber hinaus wurde häufig ein Wiederaufgeben der Strategie mit späterem Wiedererwerb beobachtet. Auch das Alter des erstmaligen Strategiegebrauchs gestaltete sich interindividuell sehr unterschiedlich. Ein ähnliches Bild zeigte sich in einer neueren mikrogenetischen Untersuchung (Schlagmüller & Schneider, 2002). Da die beschriebenen Längsschnittuntersuchungen mit Problemen zu großer Untersuchungsabstände (LOGIK-Studie) bzw. einer sehr kleinen Stichprobe (Schlagmüller & Schneider, 2002) behaftet waren, wurde die Entwicklung dieser Strategie in der vorliegenden Längsschnittstudie mithilfe einer umfangreichen Stichprobe, halbjährlichen Testabständen und zweier unterschiedlich schwieriger Wort-Bild-Listen untersucht. Neue Befunde ergaben hier die Analysen der intraindividuellen Entwicklungsveränderungen im strategischen Verhalten. Sprunghafter Strategieerwerb ließ sich für das einfache Material bestätigen. Bei schwierigem Material zeigten etwa jeweils die Hälfte der Kinder sprunghaften oder partiellen Strategieerwerb, d.h. dass einige der jungen Kinder nur einzelne Kategorien sortierten und somit die Strategie nicht unmittelbar perfekt anwendeten. Dennoch konnte auch bei diesen Kindern kaum ein kontinuierlicher Zuwachs der Strategiewerte über den Untersuchungszeitraum bestätigt werden. Einige der Kinder gaben sie nochmals auf und entdeckten sie später sprunghaft wieder. Ein zweiter Befund der vorliegenden Arbeit bezieht sich auf die Stabilität des Strategiegebrauchs. Bei Halbjahres-Abständen behielt ein wesentlich größerer Prozentsatz der Kinder die Strategie unabhängig vom Lernmaterial weiterhin bei als dies in der LOGIK-Studie bei Zweijahres-Intervallen der Fall war. Hinsichtlich des Erwerbs der kategorialen Organisationsstrategie konnten nur wenige Einflussfaktoren identifiziert werden. Bei einfachem Material trat bereits häufiger strategisches Verhalten auf, das jedoch durch wenige Faktoren außer durch die verbale Intelligenz beeinflusst zu sein schien. Strategisches Verhalten bei sehr schwierigem Material hingegen schien bereits bei den jungen Kindern durch das Metagedächtnis initiiert. Weiterhin wurde die Effektivität des Strategiegebrauchs zwischen sechs und acht Jahren und die Phase eines Nutzungsdefizits, d.h. ein Strategieerwerb ohne entsprechender Leistungssteigerung untersucht. Ein generelles Nutzungsdefizit ließ sich nicht bestätigen, sondern traf nur auf einen sehr geringen Prozentsatz der Strategieentdecker zu. Im Großen und Ganzen ließ sich die Effektivität der einmal erworbenen Organisationsstrategie über den gesamten Untersuchungszeitraum bestätigen. Auch wenn intraindividuell ein Leistungszugewinn bei Erwerb de Strategie resultierte, konnten interindividuell zu jedem Messzeitpunkt sehr unterschiedliche Erinnerungsleistungen bei strategischen Kindern beobachtet werden. Die Messung von Sortier- und Lernzeiten erwies sich in diesem Zusammenhang als sehr interessant. Eine lange Sortierzeit konnte nicht nur beim schwierigen Lernmaterial im Zusammenhang mit nutzungsdefizitärem Strategieerwerb beobachtet werden, sondern ging auch in beiden Listen mit einer geringeren Erinnerungsleistung einher. Zudem konnten Abruforganisation und Arbeitsgedächtniskapazität bei der schwierigen Liste und aufgabenspezifisches Metagedächtnis bei der leichten Liste Varianz in der Erinnerungsleistung strategischer Kinder aufklären. Die aufgewendete Sortierzeit schien bei schwierigem Material durch verbale Kompetenzen und kapazitäre Voraussetzungen beeinflusst zu werden. Beim leichten Material wurden die Sortierzeiten durch verbale Fähigkeiten verkürzt. Die gleichzeitige Anwendung mehrerer Strategien (das Sortieren während der Lernphase, zusätzliche Wiederholungsaktivitäten und der kategoriale Abruf) konnte bis zur zweiten Klasse noch kaum beobachtet werden. Wenn eine multiple Nutzung dieser drei Strategien auftrat, erwies sie sich als effektiv.
Mit dem hier vorgestellten Untersuchungs- und Auswertealgorithmus konnte die Myokardperfusion weitgehend automatisiert semiquantitativ und quantitativ bestimmt werden. Dafür wurden zunächst die Bilddaten segmentiert und in Signalintensitäts-Zeit-Kurven transferiert. Durch eine Basislinien- und Kontaminationskorrektur wurden Artefakte minimiert. Mit Anwendung des Parallel-Bildgebungs-Verfahrens Auto-SENSE konnte zusätzlich eine Erhöhung der Schichtanzahl erreicht werden. Durch die angewendete Basislinienkorrektur konnten Inhomogenitäten verringert werden, welche durch Verwendung einer Oberflächenspule methodenbedingt auftreten. Partialvolumeneffekte, die durch die Morphologie des Herzens insbesondere basis- und spitzennah auftraten, führten durch eine Mischung aus KM-Anflutung im Myokard und Kontamination aus dem Ventrikellumen zu einer Beeinflussung der Perfusionsergebnisse. Durch die Verwendung der vorgestellten Kontaminationskorrektur konnten diese Artefakte erheblich minimiert werden. Die so errechneten Perfusionswerte korrelierten gut mit den in der Literatur angegebenen Daten, welche sowohl in tierexperimentellen als auch Probanden- und auch Patientenstudien mit unterschiedlichen Modalitäten ermittelt wurden. Eine regionale Heterogenität konnte nicht signifikant nachgewiesen werden. Molekular-physiologische Untersuchungen legen zwar nahe, dass es diese Heterogenität gibt, die regionale Verteilung der Perfusion wird jedoch kontrovers und noch keinesfalls abschließend in der Literatur diskutiert. Durch Anwendung von Auto-SENSE konnte mit einer Erhöhung der Schichtanzahl bei gleichbleibender Schichtdicke das gesamte linksventrikuläre Myokard untersucht werden. Trotz verringertem SNR waren die Ergebnisse vergleichbar mit der konventionellen Turbo-FLASH-Technik. Ob das Potential der Parallelbildgebung für eine Abdeckung des gesamten Herzens oder für eine höhere Auflösung von 3-4 Schichten pro Untersuchungen genutzt werden soll, ist in der aktuellen Literatur noch Gegenstand der Diskussion. Die hochaufgelösten Untersuchungen scheinen jedoch derzeit vorteilhafter aufgrund geringerer Partialvolumeneffekte sowie der besseren Beurteilbarkeit einer subendokardialen Zone und eines transmuralen Perfusionsgradienten. Die MR-Perfusionsbildgebung ist ein aktives und rasch wachsendes Gebiet innerhalb der kardialen Bildgebung mit großem Entwicklungspotential. Durch Einbindung in ein umfassendes Herz-MR-Untersuchungsprotokoll (z.B. Morphologie, Kinetik, evtl. MR-Koronarangiographie) ist in einem Untersuchungsgang eine umfassende Diagnostik bei Patienten mit Verdacht auf KHK möglich.
Aufgrund der sich umkehrenden Alterspyramide in Deutschland leiden bereits jetzt immer mehr Menschen an Gelenkknorpelschäden. Doch nicht nur das Alter, sondern auch Unfälle und Sportverletzungen und Übergewicht können zu irreversiblen Knorpeldefekten führen. Obwohl es diverse Behandlungsmöglichkeiten gibt, können die bisherige Methoden nicht als dauerhafte Heilung betrachtet werden. Im Rahmen des internationalen Forschungsprojektes BIO-CHIP sollte eine vielsprechende Behandlungsmethode mit neuartigen Arzneimitteln untersucht werden.
Als Ausgangsmaterial des Arzneimittels, ein hergestelltes Knorpelimplantat, dienen patienteneigene Knorpelzellen aus der Nase. Diese werden isoliert, vermehrt und letztlich auf einer Matrix zu einem Knorpelimplantat kultiviert. Wesentliche Voraussetzung für die Implantatfreigabe stellt neben toxikologischen und biologischen Unbedenklichkeitstests die Beurteilung der Viabilität dar. Diese wurde bisher anhand von Histologieschnitten von der Pathologie durchgeführt.
Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung und Validierung eines standardisierten und objektiven Viabilitätstests für die Chondrozyten innerhalb der Knorpelmatrix. Hierfür wurde die LDH als Marker für irreversibel geschädigte Zellen verwendet. Die LDH Konzentration konnte mit dem CyQuant LDH-Assay durch die Messung der Absorption gemessen werden. Es konnte nachgewiesen werden, dass LDH die erforderliche Stabilität und Nachweisbarkeit im Medium besitzt. Mithilfe der Lyse, analog zum Herstellungsprozess, gezüchteter Mini-Knorpelimplantate, konnten die maximal erreichbaren LDH Konzentrationen ermittelt werden. Mithilfe dieser Konzentrationen wurde eine Eichkurve generiert. Diese dient als Beurteilung der Viabilität zukünftig gemessener Absorptionen des Überstandmediums.
Das entwickelte Verfahren erfordert keine invasiven Eingriffe am Implantat und zeichnet sich durch eine einfache Durchführung aus, da nur der Überstand gemessen werden muss. Die durchgeführte Validierung der Methode bescheinigte eine hohe Robustheit, Linearität, Genauigkeit und Präzision.
Ausgehend von einem theoretischen Konzept der Identitätsentwicklung, das u.a. auf Hurrelmann basiert, wurde versucht, Einflüsse des Fußballs nachzuweisen. Zu diesem Zweck wurden im Jahr 2001 453 männliche Jugendfußballer aus 34 Mannschaften verschiedener Leistungsklassen befragt, unter ihnen auch die U15, U16, U17 und U18-Nationalmannschaften des DFB. Die Fragen bezogen sich auf das häusliche Umfeld, die schulische Situation, die Gesundheit, die soziale Lage und bestimmte Ausprägungen des Fußballs. Mit Hilfe der logistischen Regression ließen sich einige Effekte des Fußballs nachweisen. Zum Beispiel ist insbesondere in den niedrigen Leistungsklassen ein erhöhter Alkohol- und Zigarettenkonsum festzustellen. Andererseits weisen diese Fußballer kaum Stress-Symptome (psychosomatische Beschwerden) auf.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, im Rahmen eines systematischen Literaturüberblicks die entwicklungsabhängigen Anforderungen an einen Kindersportschuh darzustellen. Zusätzlich werden gängige Kindersportschuhe verschiedener Größen hinsichtlich ihrer Dämpfungseigenschaften und Vorfußflexibilität untersucht und die Ergebnisse vor dem Hintergrund der Literaturübersicht bewertet. In der Einleitung wird die Bedeutsamkeit der richtigen Schuhversorgung von Beginn des Laufens an erläutert. Dem wird die Lage der Kinderschuhversorgung in Deutschland gegenübergestellt. Des Weiteren werden die verschiedenen Herstellungsstufen eines Schuhs betrachtet. Der Abschnitt Material und Methoden beschreibt die Testverfahren zur Überprüfung von Dämpfungs- und Flexibilitätseigenschaften von Schuhen. Es wurden insgesamt 15 Kindersportschuhe der Marke Adidas in den Größen 22, 30 und 35,5 untersucht. Die Instron™-Druckmaschiene erlaubte ein der realen Belastung entsprechendes Kraft-Zeit-Profil auf den zu testenden Bereich der Schuhsohle zu übertragen. Für jeden Schuh wurden Grundsteifigkeit und funktionelle Steifigkeit für Vor- und Rückfußsohle sowie die Biegesteifigkeit für den Vorfußbereich gemessen. Aus der Hysteresekurve konnte der jeweilige Energieverlust berechnet werden. Weiterhin wurden Sohlendicke und Fersensprengung bestimmt. In der Diskussion folgt eine Darstellung der Fuß- und Beinachsenentwicklung während des Wachstums, sowohl aus anatomischer als auch aus funktionell-biomechanischer Sicht. Daraus werden allgemeine und spezifische Anforderungen an einen Kinder(sport)schuh hinsichtlich Materialeigenschaften, Dämpfung, Flexibilität, Stabilität, Verschluss, Passform und Fussbettung abgeleitet. Vor diesem Hintergrund werden die Resultate der getesteten Schuhe bewertet. Es zeigte sich eine sehr große Variationsbreite der Dämpfungs- und Biegeeigenschaften sowie der Fersensprengung zwischen den einzelnen Modellen und Größen. Da Vergleichswerte lediglich für Erwachsene, für Kinder dagegen kaum existieren und die Aussagen der Literatur sehr allgemein gehalten sind, fiel es schwer, eine eindeutige Bewertung abzugeben. Trotzdem scheinen die Schuhe vor allem in den kleinsten Größen für das entsprechende Gewicht zu unflexibel und zu hart gedämpft. Mit der vorliegenden Arbeit werden die einzelnen Kriterien dargestellt, die ein Kinderschuh bzw. ein Kindersportschuh abhängig von den veschiedenen Wachstums- und Entwicklungsphasen erfüllen sollte. Die eigene Testreihe deutet an, dass vor allem im Bereich der kleinsten Größen erheblicher Verbesserungsbedarf besteht.
Glutamat spielt in der Entwicklung des ZNS eine besondere Rolle (z.B. Steuerung der Migration von Proneuronen, Einfluß auf die Ausbildung von Synapsen und Differenzierung von Pyramidenzelldendriten und Proliferation glialer Vorläuferzellen). Durch Regulation der extrazellulären Glutamatkonzentration kommt den Glutamattransportern dabei eine besondere Bedeutung zu. Ziel der vorliegenden Arbeit war deshalb, die postnatale zelluläre und regionale Expression der Glutamattransporter GLT1 und GLAST im Hippocampus der Ratte zu untersuchen, um Rückschlüsse auf ihre Funktion während der postnatalen Ontogenese (Postnataltag 1-60, P1-60) zu ziehen. Dazu wurde nichtradioaktive In-situ-Hybridisierung (ISH) mit Digoxigenin-markierten cRNA-Sonden eingesetzt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass beide Transporter vor allem in Gliazellen (besonders Astroblasten/Astrozyten) nachweisbar sind und dass die Expression von GLT1 und GLAST während der Ontogenese der Ratte im Hippocampus unterschiedlich erfolgt. Aus unseren Ergebnissen kann geschlossen werden, dass GLAST und GLT1 eine unterschiedliche Bedeutung während der Ausbildung der hippocampalen Verbindungen haben dürften. Der trisynaptische hippocampale Verbindungsweg entwickelt sich hauptsächlich in der ersten postnatalen Woche. Während dieser Zeit verlagert sich die exzitatorische Funktion in Hippocampusneuronen von GABA auf Glutamat. Diese Transmitterumstellung korreliert zeitlich mit der deutlichen Zunahme der GLT1-Expression im Hippocampus, was auf eine entscheidende Rolle von GLT1 bei der Bildung hippocampaler Verbindungen durch Regulation der extrazellulären Glutamatkonzentration hinweist. Demgegenüber ist kein offensichtlicher Zusammenhang zwischen GLAST-Expression und Transmitterumstellung zu erkennen. Wie in adulten Stadien kommt dem Transporter unter physiologischen Bedingungen auch in der Ontogenese wohl vor allem eine Reservefunktion zu.
Development of the central nervous system in Drosophila melanogaster relies on neural stem cells called neuroblasts. Neuroblasts divide asymmetrically to give rise to a new neuroblast as well as a small daughter cell which eventually generates neurons or glia cells. Between each division, neuroblasts have to re-grow to be able to divide again. In previous studies, it was shown that neuroblast proliferation, cell size and the number of progeny cells is negatively affected in larvae carrying a P-element induced disruption of the gene mushroom body miniature (mbm). This mbm null mutation called mbmSH1819 is homozygously lethal during pupation. It was furthermore shown that the nucleolar protein Mbm plays a role in the processing of ribosomal RNA (rRNA) as well as the translocation of ribosomal protein S6 (RpS6) in neuroblasts and that it is a transcriptional target of Myc. Therefore, it was suggested that Mbm might regulate neuroblast proliferation through a role in ribosome biogenesis.
In the present study, it was attempted to further elucidate these proposed roles of Mbm and to identify the protein domains that are important for those functions. Mbm contains an arginine/glycine rich region in which a di-RG as well as a di-RGG motif could be found. Together, these two motifs were defined as Mbm’s RGG-box. RGG-boxes can be found in many proteins of different families and they can either promote or inhibit protein-RNA as well as protein-protein interactions. Therefore, Mbm’s RGG-box is a likely candidate for a domain involved in rRNA binding and RpS6 translocation. It could be shown by deletion of the RGG-box, that MbmdRGG is unable to fully rescue survivability and neuroblast cell size defects of the null mutation mbmSH1819. Furthermore, Mbm does indeed rely on its RGG-box for the binding of rRNA in vitro and in mbmdRGG as well as mbmSH1819 mutants RpS6 is partially delocalized. Mbm itself also seems to depend on the RGG-box for correct localization since MbmdRGG is partially delocalized to the nucleus. Interestingly, protein synthesis rates are increased in mbmdRGG mutants, possibly induced by an increase in TOR expression. Therefore, Mbm might possess a promoting function in TOR signaling in certain conditions, which is regulated by its RGG-box. Moreover, RGG-boxes often rely on methylation by protein arginine methyltransferases (in Drosophila: Darts – Drosophila arginine methyltransferases) to fulfill their functions. Mbm might be symmetrically dimethylated within its RGG-box, but the results are very equivocal. In any case, Dart1 and Dart5 do not seem to be capable of Mbm methylation.
Additionally, Mbm contains two C2HC type zinc-finger motifs, which could be involved in rRNA binding. In an earlier study, it was shown that the mutation of the zinc-fingers, mbmZnF, does not lead to changes in neuroblast cell size, but that MbmZnF is delocalized to the cytoplasm. In the present study, mbmZnF mutants were included in most experiments. The results, however, are puzzling since mbmZnF mutant larvae exhibit an even lower viability than the mbm null mutants and MbmZnF shows stronger binding to rRNA than wild-type Mbm. This suggests an unspecific interaction of MbmZnF with either another protein, DNA or RNA, possibly leading to a dominant negative effect by disturbing other interaction partners. Therefore, it is difficult to draw conclusions about the zinc-fingers’ functions.
In summary, this study provides further evidence that Mbm is involved in neuroblast proliferation as well as the regulation of ribosome biogenesis and that Mbm relies on its RGG-box to fulfill its functions.
Ameisen der Gattung Camponotus beherbergen bakterielle Symbionten der Gattung Blochmannia in spezialisierten Zellen des Mitteldarms (Blochmann, 1882; Buchner, 1965; Sauer, 2000; Schröder et al., 1996). Die Genomsequenzierung dieser Symbionten zeigte, dass Blochmannia, ähnlich den Symbionten von Blattläusen, hauptsächlich Gene der Aminosäurebiosynthese beibehalten hat (Degnan et al., 2005; Gil et al., 2003). Die Relevanz dieser nahrungsaufwertenden Funktion konnte experimentell bestätigt werden (Feldhaar et al., 2007). Ein Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit war die Aufklärung der dynamischen Interaktion der beiden Partner während des komplexen Lebenszyklus des holometabolen Wirtes. Frühere Studien deuteten darauf hin, dass die Symbiose vor allem während der Larven- und Puppenphasen von Bedeutung sein könnte (Feldhaar et al., 2007; Wolschin et al., 2004; Zientz et al., 2006). Mit fluoreszenter in situ Hybridisierung (FISH) und konfokaler Laserscanning Mikroskopie konnte in der vorliegenden Arbeit die Lokalisierung von B. floridanus während der wichtigsten Entwicklungsstadien aufgeklärt werden. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Symbionten schon im ersten Larvenstadium in spezialisierten Zellen um den Darm angeordnet sind, aber in späteren Stadien nicht, wie bisher angenommen, auf diese Bakteriozyten beschränkt sind, sondern bis zum Schlupf der jungen Arbeiterinnen massiv andere Darmzellen infizieren. Übereinstimmend mit Bestimmungen der Zellzahl in den verschiedenen Wirtsstadien ist die Anzahl der Symbionten gegen Ende der Metamorphose am höchsten. Die Symbiose degeneriert in sehr alten Arbeiterinnen, gut gefüllte Bakteriozyten werden jedoch noch monatelang beibehalten. Mit Macroarray- und qRT- PCR- basierten Transkriptomanalysen wurde die Expression der bakteriellen Gene in charakteristischen Entwicklungsstadien des Wirtes untersucht. Allgemein zeigen vor allem Gene für molekulare Chaperons und bestimmte bakterielle Grundfunktionen eine hohe Expression. Aber auch viele Gene, die möglicherweise wichtige Funktionen in der Symbiose besitzen, wie die Biosynthese essentieller Aminosäuren und das Recycling von Stickstoffverbindungen, zeigen ein hohes absolutes Transkriptlevel. Zudem besteht eine positive Korrelation zwischen dem Expressionsniveau und dem GC- Gehalt der Gene, die in dem höheren Selektionsdruck und damit einer geringeren Mutationsrate der essentiellen Gene begründet liegt (Schaber et al., 2005). Durch Proteinanalysen konnte bestätigt werden, dass die Faktoren mit der höchsten absoluten Transkription die dominanten Proteine der Symbionten darstellen. In den unterschiedlichen Entwicklungsstadien zeigen viele Gene eine deutliche Dynamik, deren Ausmaß aber, verglichen mit freilebenden Bakterien, gering ist. Aus den Expressionsprofilen aufeinanderfolgender Gene lassen sich mögliche Transkriptionseinheiten ableiten, die teilweise auch experimentell bestätigt wurden. Oftmals zeigen auch Gene, die nicht in Transkriptionseinheiten angeordnet sind, aber verwandten Stoffwechselwegen angehören, ähnliche Muster. Dies deutet auf das Vorhandensein grundlegender Genregulations-mechanismen hin, obwohl im Genom von B. floridanus nur noch sehr wenige Transkriptionsfaktoren codiert sind (Gil et al., 2003). Auf übergeordneter Ebene zeigt sich, dass bei Symbionten aus späten Puppenstadien viele symbioserelevante Gene im Vergleich zu Genen des Grundmetabolismus eine erhöhte Expression zeigen. Dies betrifft besonders die Biosynthese aromatischer und verzweigter Aminosäuren, die in diesen Stadien vom Wirt in hoher Menge benötigt werden, während die internen Reserven gleichzeitig zur Neige gehen. Dies äußert sich auch im deutlichen Abfallen der Speicherproteinmenge des Wirts gegen Ende der Puppenphase. Die festgestellte Veränderung der Symbiontenzahl übertrifft das geringe Ausmaß der Genregulation um ein Vielfaches. Die Bakterien liegen in jedem Stadium polyploid mit bis zu 100 Genomkopien vor, dieser Polyploidiegrad bleibt jedoch während der gesamten Wirtsentwicklung weitestgehend konstant. Somit scheint die Kontrolle des Wirts über die bakterielle Vermehrung der entscheidende Faktor dieser Symbiose zu sein. Die verbleibenden regulatorischen Fähigkeiten der Bakterien stellen möglicherweise eine Feinjustierung von optimierten Produktionseinheiten dar, deren Anzahl nach den Bedürfnissen des Wirtes verändert wird. Insgesamt konnten in der vorliegenden Arbeit neue Einblicke in das komplexe Zusammenleben von Blochmannia und Camponotus gewonnen werden, die zu einem besseren Verständnis der biologischen Funktion und der grundlegenden Mechanismen dieser Symbiose führen. Eine der wichtigsten Fragestellungen nach dem Sinn einer nahrungsaufwertenden Symbiose für einen Nahrungsgeneralisten konnte mit starken Hinweisen auf eine stadienabhängige Relevanz der Symbiose beantwortet werden, die den enormen evolutionären Erfolg dieser Ameisengattung erklären könnte. 
No abstract available.
Säugerzellen sind die bevorzugten Wirtszellen zur Produktion komplexer biopharmazeutischer Proteine, da die post-translational durchgeführten Modifikationen sowohl in funktionaler als auch in pharmakokinetischer Hinsicht humankompatibel sind. Ein großes Problem bei der Etablierung von Zelllinien mit hoher Expression des gewünschten Proteins ergibt sich aus der willkürlichen und ungerichteten Integration des rekombinanten Vektors in transkriptionsaktive oder -inaktive Loki des Wirtszellgenoms. Dadurch erhält man eine Population von Zellen, die völlig unterschiedliche Expressionsraten des heterologen Gens aufweist, wobei die Produktivität der Zellen in der Regel einer Normalverteilung folgt. Zur Identifizierung von Zellklonen, die eine sehr hohe Expression des heterologen Produktgens aufweisen, muss deshalb eine Vielzahl von Klonen überprüft und getestet werden, resultierend in einem hohen Zeit-, Arbeits- und Kostenaufwand. Optimierungen des zur Transfektion eingesetzten Vektorsystems zielen deshalb darauf ab, durch geeignete Selektionsstrategien den Anteil von Hochproduzenten in der transfizierten Zellpopulation zu erhöhen und somit den Aufwand in der Klonidentifizierung zu reduzieren. Die Entwicklung eines derartigen Expressionssystemes ist Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Zwei alternative Strategien, die beide auf der Beeinträchtigung des Selektionsmarkers basieren wurden untersucht. Die Beeinträchtigung des Selektionsmarkers sollte bewirken, dass Klone mit einer Integration in transkriptionsinaktiven Genloki die Selektion nicht überstehen und absterben, während Klone mit einer Integration in transkriptionsaktiven Genloki die Beeinträchtigung des Selektionsmarkers durch eine erhöhte Expression kompensieren können. Diese Klone sollten überleben und gleichzeitig eine hohe Produktexpression aufweisen. Eine der Strategien beruhte auf der Beeinträchtigung der Enzymfunktion des Selektionsmarkers, indem Mutationen in das Leseraster des Enzyms eingeführt wurden. Diese Arbeit zeigt, dass die Verwendung von mutierten Neomycin Phosphotransferase-Varianten als Selektionsmarker in CHO-DG44-Zellen für die Anreicherung von Hochproduzenten geeignet ist. Eine weitere Möglichkeit, die Expressionsrate eines stabil integrierten Produktgens zu erhöhen, ist der Einsatz von cis- und transwirkenden genetischen Elementen. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Sequenz aus dem Genom von CHO-Zellen auf mögliche expressionssteigernde Wirkung hin untersucht (Transcription Enhancing TE-Element). Es konnte gezeigt werden, dass dieses TE-Element die Expression eines rekombinanten Antikörpers in stabil transfizierten CHO-DG44-Zellpools verdoppelt.
Das Studium der Nierenentwicklung gibt Einblicke in generelle entwicklungsbiologische Prozesse wie induktive Wechselwirkungen, mesenchymale Kondensation, mesenchymale-epitheliale Umformung, Determinierung von Zellschicksal sowie Differenzierung und damit auch in die Entstehung congenitaler Fehlbildungen. Nach Induktion durch die Ureterknospe entstehen aus dem metanephrogenen Mesenchym die funktionellen Einheiten der Niere - die Nephrone - und das Nierenstroma. Diesen morphogenetischen Prozessen liegen komplexe regulatorische Veränderungen in der Genexpression zugrunde, die bislang nicht im Detail aufgeklärt sind. Ziel dieser Arbeit war deshalb die Identifizierung bekannter und insbesondere neuer Gene, die durch Induktion im metanephrogenen Mesenchym reguliert werden. Mit Hilfe der ddPCR und Transfilter-Organkulturen wurde die Genexpression von induziertem versus nicht-induziertem Mesenchym aus Mäuse-Nierenanlagen untersucht. Einzelne Kandidaten wurden auf differenzielle Expression durch Northern Blot Analyse überprüft und für die weitere Charakterisierung ausgewählt. Als eines der bekannten Gene wurde sFRP2 als im metanephrogenen Mesenchym induziert bestätigt und durch in situ Hybridisierung ganzer Mäuseembryonen und Paraffinschnitte näher untersucht. Es zeigt eine spezifische und dynamische Expression während der Entwicklung der Niere und anderer Gewebe, die mit den Expressionsmustern von sFRP1 und sFRP4 verglichen wurde. Die detailierte Genexpressionsanalyse der sFRP-Familie in der murinen Embryonalentwicklung sollte als Grundlage für funktionelle Studien dieser erst kürzlich entdeckten neuen Genfamilie dienen. Erste Untersuchungen der ddPCR-Produkte C0-5, J6-3 und M2-4 zeigten, daß es sich um neue Gene handelt, die unterschiedliche Expressionsmuster in der Niere zeigen. Während C0-5 dynamisch in Epithelzellen von Ureter und Nephronvorläufern exprimiert ist, markiert J6-3 Stromazellen und M2-4 ist bereits im kondensierenden Mesenchym, später aber auch in den epithelialen Derivaten nachweisbar. Die Isolierung und Analyse der dem C0-5-ddPCR-Fragment entsprechenden cDNA zeigte, daß sie für ein kollagenartiges Protein codiert, welches beim Menschen in der Nähe des EWS-Gens auf Chromosom 22q12 liegt. Darüber hinaus wurde eine neue zu hairy und dem E(spl)-Komplex verwandte Genfamile identifiziert. Aufgrund ihrer Verwandtschaft und einem charakteristischen YRPW-Tetrapeptid wurden sie als Hey-Gene bezeichnet für: "hairy- und E(spl)-verwandt mit YRPW-Motiv". Sie zeigen gegenüber hairy/E(spl) oder den entsprechenden Vertebraten-Homologen der Hes-Genfamilie veränderte DNA- und Protein-Bindungseigenschaften. Darüber hinaus korrelieren ihre Expressionsmuster häufig mit Genen des Delta-Notch-Signaltransduktionsweg, was auf eine Beteiligung der Hey-Gene an Zelldeterminierung und Bildung von Zellgrenzen hinweist. Diese Vermutung konnte durch die Analyse von Dll1-Knockout-Mäusen für die Somitogenese ansatzweise bestätigt werden. Die Kombination von Transfilter-Organkultur mit ddPCR erwies sich als geeignet, um transkriptionell regulierte Gene des metanephrogenen Mesenchyms zu identifizieren. Expressions- und Sequenzanalyse vor allem der neuen Gene deutet auf ihre Beteiligung an der Entwicklung der Niere und anderer Gewebe hin, die nun im Einzelnen untersucht werden muß. Mehr als 50 weitere Kandidaten für neue Gene bilden eine breite Basis zur weiteren Erforschung molekularer Grundlagen der Nierenentwicklung.
Das Wissen über kognitive Prozesse oder metakognitives Wissen ist seit den 1970er-Jahren Gegenstand der entwicklungspsychologischen Forschung. Im Inhaltsbereich der mathematischen Informationsverarbeitung ist das Konstrukt jedoch – trotz elaborierter theoretischer Modelle über Struktur und Inhalt – empirisch nach wie vor weitgehend unerschlossen.
Die vorliegende Studie schließt diese Lücke, indem sie die Entwicklung des mathematischen metakognitiven Wissens im Längsschnitt untersucht. Dazu wurde nicht nur der Entwicklungsverlauf beschrieben, sondern auch nach den Quellen für die beobachteten individuellen Unterschiede in der Entwicklung gesucht. Auch die aus pädagogischen Gesichtspunkten interessanten Zusammenhänge zwischen der metakognitiven Wissensentwicklung und der parallel dazu verlaufenden Entwicklung der mathematischen Kompetenzen wurden analysiert.
Das Wissen über Kognition oder metakognitives Wissen ist seit den 1970er Jahren Gegenstand der entwicklungspsychologischen Forschung. Besonders umfangreich wurde Entwicklung und Bedeutung des metakognitiven Wissens im Kontext der Gedächtnisentwicklung vom Vorschul- bis ins Grundschulalter untersucht. Das metakognitive Wissen im Inhaltsbereich der mathematischen Informationsverarbeitung ist – trotz elaborierter theoretischer Modelle über Struktur und Inhalt – empirisch weitgehend unerschlossen. Die vorliegende Studie wurde durchgeführt, um systematisch zu untersuchen, wie sich das mathematische metakognitive Wissen in der Sekundarstufe entwickelt, welche Faktoren für individuelle Unterschiede in der Entwicklung verantwortlich sind und in welchem Zusammenhang die metakognitive Wissensentwicklung mit der parallel verlaufenden Entwicklung mathematischer Kompetenzen steht. Zur Klärung der Fragestellungen wurden vier Messzeitpunkte einer breiter angelegten Längsschnittuntersuchung ausgewertet. Der dabei beobachtete Zeitraum umfasste die fünfte und sechste Jahrgangsstufe. Die Stichprobe bestand aus 928 Schülern der Schularten Gymnasium, Realschule und Hauptschule. Die Messinstrumente zur Erfassung der Entwicklungsveränderungen im mathematischen metakognitiven Wissen und der Mathematikleistung wurden auf Grundlage der item response theory konstruiert und mittels vertikalem linking fortlaufend an den Entwicklungsstand der Stichprobe angepasst. Zusätzlich wurden kognitive (Intelligenz und Arbeitsgedächtniskapazität), motivationale (mathematisches Interesse und Selbstkonzept) und sozioökonomische Merkmale (sozioökonomischer Status der Herkunftsfamilie) der Schüler erhoben. Die Lesekompetenz wurde als Methodenfaktor kontrolliert. Entwicklungsunterschiede und -veränderungen im metakognitiven Wissen wurde mit Hilfe von latenten Wachstumskurvenmodellen untersucht. Im beobachteten Zeitraum zeigte sich eine stetige Zunahme des metakognitiven Wissens. Allerdings verlief die Entwicklungsveränderung nicht linear, sondern verlangsamte sich im Verlauf der sechsten Jahrgangsstufe. Individuelle Unterschiede in Ausprägung und Veränderung des metakognitiven Wissens wurden durch kognitive und sozioökonomische Schülermerkmale vorhergesagt. Die motivationalen Merkmale wirkten sich demgegenüber nicht auf den Entwicklungsprozess aus. Geschlechtsunterschiede zeigten sich im Entwicklungsverlauf als Schereneffekt zugunsten der Mädchen. Unterschiede zwischen den Schülern der drei Schularten erreichten bereits zum Eintritt in die Sekundarstufe Signifikanz. Zudem gewannen Gymnasiasten und Hauptschüler im Entwicklungsverlauf stärker an metakognitivem Wissen hinzu als Realschüler. Explorative Mischverteilungsanalysen in der Stichprobe ergaben drei latente Entwicklungsklassen mit jeweils charakteristischem Veränderungsverlauf. Die Klassenzuweisung wurde von der besuchten Schulart sowie kognitiven und sozioökonomischen Schülermerkmalen vorhergesagt. Die Entwicklungsprozesse im mathematischen metakognitiven Wissen und der mathematischen Leistung standen in einem substanziellen, wechselseitigen Zusammenhang. Geschlechts- und Schulartunterschiede blieben ebenso wie die korrelativen Zusammenhänge zwischen den Entwicklungsprozessen auch nach Kontrolle der individuellen Unterschiede in kognitiven, motivationalen und sozioökonomischen Merkmalen erhalten. Die Befunde bestätigen die konstruktivistischen Entwicklungsannahmen der gedächtnispsychologisch geprägten Grundlagenforschung zum metakognitiven Wissen. Zudem wird mit der Untersuchung des mathematischen metakognitiven Wissens in der Sekundarstufe der traditionelle Forschungsfokus inhaltlich erweitert. Das im Rahmen der Studie konstruierte Instrument zur Erfassung des mathematischen metakognitiven Wissens ermöglicht die Untersuchung weiterer, bislang offener Fragen auf dem Gebiet der metakognitiven Entwicklung.
Insects living in temperate latitudes need to adjust their life-history to a seasonally variable environment. Reproduction, growth, and development have to be completed within the limited period where environmental conditions are favourable while climatically adverse conditions have to be spent in a state of diapause. Consequently, questions how individuals adapt their life-history to seasonality and which mechanisms underlie the responses to seasonal cues, like photoperiod, are important issues in the study of life-history strategies. This thesis focuses on the life-history adaptation to seasonality in the wing-dimorphic common pond skater Gerris lacustris L. (Heteroptera: Gerridae). Using a combination of field and laboratory studies as well as mathematical modelling, it is adressed how variation in the availability of thermal energy impacts on various aspects of larval development such as accumulated thermal energy (i.e. physiological development time), developmental pathway (direct reproduction vs. diapause) and wing dimorphism.
Switches in trypanosome differentiation: ALBA proteins acting on post-transcriptional mRNA control
(2011)
Trypanosoma brucei is a digenetic eukaryotic parasite that develops in different tissues of a mammalian host and a tsetse fly. It is responsible for sleeping sickness in sub-saharan Africa. The parasite cycle involves more than nine developmental stages that can be clearly distinguished by their general morphology, their metabolism and the relative positioning of their DNA-containing organelles. During their development, trypanosomes remain exclusively extracellular and encounter changing environments with different physico-chemical properties (nutritional availability, viscosity, temperature, etc.). It has been proposed that trypanosomes use their flagellum as a sensing organelle, in agreement with the established role of structurally-related cilia in metazoa and ciliates. Recognition of environmental triggers is presumed to be at the initiation of differentiation events, leading to the parasite stage that is the best suited to the new environment. These changes are achieved by the modification of gene expression programmes, mostly underlying post-transcriptional control of mRNA transcripts. We first demonstrate that the RNA-binding proteins ALBA3/4 are involved in specific differentiation processes during the parasite development in the fly. They are cytosolic and expressed throughout the parasite cycle with the exception of the stages found in the tsetse fly proventriculus, as shown by both immunofluorescence and live cell analysis upon endogenous tagging with YFP. Knock-down of both proteins in the developmental stage preceding these forms leads to striking modifications: cell elongation, cell cycle arrest and relocalization of the nucleus in a posterior position, all typical of processes acting in parasites found in the proventriculus region. When ALBA3 is over-expressed from an exogenous copy during infection, it interferes with the relocalization of the nucleus in proventricular parasites. This is not observed for ALBA4 over-expression that does not visibly impede differentiation. Both ALBA3/4 proteins react to starvation conditions by accumulating in cytoplasmic stress granules together with DHH1, a recognized RNA-binding protein. ALBA3/4 proteins also partially colocalize with granules formed by polyA+ RNA in these conditions. We propose that ALBA are involved in trypanosome differentiation processes where they control a subset of developmentally regulated transcripts. These processes involving ALBA3/4 are likely to result from the specific activation of sensing pathways. In the second part of the thesis, we identify novel flagellar proteins that could act in sensing mechanisms. Several protein candidates were selected from a proteomic analysis of intact flagella performed in the host laboratory. This work validates their flagellar localization with high success (85% of the proteins examined) and defines multiple different patterns of protein distribution in the flagellum. Two proteins are analyzed during development, one of them showing down-regulation in proventricular stages. The functional analysis of one novel flagellar membrane protein reveals its rapid dynamics within the flagellum but does not yield a visible phenotype in culture. This is coherent with sensory function that might not be needed in stable culture conditions, but could be required in natural conditions during development. In conclusion, this work adds new pieces to the puzzle of identifying molecular switches involved in developmental mRNA control and environmental sensing in trypanosome stages in the tsetse fly.
Echinococcus multilocularis is the causative agent of alveolar echinococcosis (AE), a life-threatening disease with limited options of chemotherapeutic treatment. Anti-AE chemotherapy is currently based on a single class of drugs, the benzimidazoles. Although acting parasitocidic in vitro, benzimidazoles are merely parasitostatic during in vivo treatment of AE and cause severe site effects. In the case of operable lesions, the resection of parasite tissue needs to be supported by a prolonged chemotherapy. Thus, the current treatment options for AE are inadequate and require alternatives. In the present work, the flatworm signaling pathways were analyzed to establish potential targets for novel therapeutic approaches. I focused on factors that are involved in development and proliferation of E. multilocularis using molecular, biochemical and cell biological methods. Among the analysed factors were three MAP kinases of the parasite, EmMPK1, an Erk-1/2 orthologue, EmMPK2, a p38 orthologue and EmMPK3, an Erk7/8 orthologue. Further, I identified and characterized EmMKK2, a MEK1/2 orthologue of the parasite, which, together with the known kinases EmRaf and EmMPK1, forms an Erk1/2-like MAPK module. Moreover, I was able to demonstrate several influences of host growth factors such as EGF (epidermal growth factor) and insulin on worm signaling mechanisms and larval growth, including the phosphorylation of Elp, an ezrin-radixin-moesin like protein, EmMPK1, EmMPK3 and increased mitotic activity of Echinococcus cells. In addition, several substances were examined for their efficacy against the parasite including (i) general tyrosine kinase inhibitors (PP2, leflunamide), (ii) compounds designed to inhibit the activity of receptor tyrosine kinases, (iii) anti-neoplastic agents (miltefosine, perifosine), (iv) serine/threonine kinase inhibitors that have been designed to block the Erk1/2 MAPK cascade and (v) inhibitors of p38 MAPKs. In these studies, EmMPK2 proved to be a promising drug target for the following reasons. Amino acid sequence analysis disclosed several differences to human p38 MAPKs, which is likely to be the reason for the observed enhanced basal activity of recombinant EmMPK2 towards myelin basic protein in comparison to human recombinant p38 MAPK-α. In addition, the prominent auto-phosphorylation activity of the recombinant EmMPK2 protein together with the absence of an interaction with the Echinococcus MKKs suggest a different mechanism of regulation compared to the human enzyme. EmMPK2 activity could be effectively inhibited in vitro and in cultivated metacestode vesicles by treatment with SB202190 and ML3403, two ATP-competitive pyridinyl imidazole inhibitors of p38 MAPKs, in a concentration-dependent manner. Moreover, both compounds, in particular ML3403, caused parasite vesicle inactivation at concentrations which did not affect cultured mammalian cells. Likewise, during the cultivation of Echinococcus primary cells, the presence of ML3403 prevented the generation of new vesicles. Targeting members of the EGF signaling pathway, particulary of the Erk1/2-like MAPK cascade, with Raf and MEK inhibitors prevented the phosphorylation of EmMPK1 in metacestodes cultivated in vitro. However, although parasite growth was prevented under these conditions, the structural integrity of the metacestode vesicles maintained during long-term cultivation in the presence of the MAPK cascade inhibitors. Similar results were obtained when studying the effects of other drugs mentioned above. Taken together, several targets could be identified that reacted with high sensitivity to the presence of inhibitory substances, but did not cause the parasite’s death with one exception, the pyridinyl imidazoles. Based on the presented data, I suggest pyridinyl imidazoles as a novel class of anti-Echinococcus drugs and imply EmMPK2 as survival signal mediating factor, the inhibition of which could be used for the treatment of AE.
This thesis consists of three studies investigating the influence media literacy has on political variables, cognitive variables, and learning. Adolescents from 13 years of age and young adults are included in the studies. This thesis is divided into three chapters. Study I and II are one comprehensive study, but will be presented separately for better readability. Chapter I provides the reader with background knowledge for the original studies presented in chapter II includes information about media use, different conceptualizations of media literacy and its development over the lifetime, as well as media literacy’s impact on cognitive and political variables. Additionally, current literature on the comparison of the learning outcomes of different kinds of texts (written, auditory, and audiovisual) is presented, with a differentiation between text-based information and inferences. In chapter II, the original studies are placed in the current state of research and presented in detail. In chapter III, a critical discussion of the studies is conducted, and a general model of the influence media literacy has on the investigated cognitive and political factors is presented, followed by a conclusion of the research.
The theoretical foundation of this thesis is three models of media literacy proposed by Groeben (2002, 2004), Hobbs (1997), and Potter (1998, 2016). These three models are similar in that they define media literacy as a multifactorial construct with skills that develop further in the course of life. Their ideas are integrated and developed further, leading to our own model of media literacy. It encompasses five scales: media sign literacy, distinction between reality and fiction, knowledge of media law, knowledge of media effects, and production skills. Thereupon, the assessment tool Würzburg Media Literacy Test (WMK; Würzburger Medienkompetenztest) is designed.
There is evidence that media use and media literacy influence socio-political factors. Young adults name the internet as the main source of information on political topics (see Pasek et al., 2006), and knowledge demonstrably fosters political participation (Delli Carpini & Keeter, 1996). However, the kind of participation activity regarded is important (Quintelier & Vissers, 2008), as sometimes real-life participation is supplemented by online activities (Quan-Haase & Wellman, 2002). Media literacy is the key to evaluating the quality of information from media. Whether or not a direct link between media literacy and political interest exists has, as far as I know, not yet been investigated. Several studies have shown that precursors and subcomponents of media literacy have the capacity to influence cognitive variables. For instance, children with higher media sign literacy possess better reading proficiency (Nieding et al., 2017) and are better at collecting information and drawing inferences from hypermedia and films (Diergarten et al., 2017) as compared to children with low literacy. These precursors and subcomponents are more efficient in processing medial sign systems, reducing cognitive load, and consequently, liberating cognitive capacity for other mental tasks (Sweller, 1988). Paino and Renzulli (2012) showed that highly computer-proficient adolescents exhibit better mathematics and reading abilities. Different types of media influence the learning process differently, and the learning process can be enhanced by combining these different types of media, if the material is prepared according to the research findings and Mayer’s (2002) cognitive theory of multimedia learning. Similarly, a reduction in cognitive load takes place and more resources can be invested in the learning process itself (Mayer & Moreno, 2003; Sweller, 1988). It is not easy to answer the question of whether one medium is superior for learning to another. Generally, adults learn best from written texts (e.g., Byrne & Curtis, 2000), and audiovisual and auditory texts are comparable (e.g., Hayes et al., 1986); however, there is little research regarding the comparison of the latter two.
Study I examined whether media literacy has a positive impact on interest in politics and the political self-concept. A sample of 101 13-to 20-year-olds was drawn. The control variables were intelligence, socio-economic status (SES), openness to experiences, perspective-taking, age, and sex. Additionally, an evaluation of the WMK was conducted, which indicated good construct validity and excellent overall reliability. Media literacy was positively associated with interest in politics, political self-concept, and perspective-taking but not with openness. In hierarchical regressions and path analysis, a direct influence of media literacy and openness on interest in politics could be found. Political self-concept was solely influenced by interest in politics. Although media literacy had no direct influence on political self-concept, it influenced its precursor interest in politics and was thus expected to have distal influence. The results of the first study confirm previous findings (e.g., Vecchione & Caprara, 2009), where political self-concept is regarded as a precursor of political participation. In conclusion, the findings of study I suggested that by stimulating political interest, media literacy could, mediated through political self-concept, foster political participation.
Study II (which was conducted on the same sample as study I) was concerned with the question of whether highly media-literate adolescent and young adult participants exhibit better academic skills (mathematics; reading) and academic achievement (grades) compared to less media-literate participants. Additionally, to obtain information about potential development during adolescence, a group of 50 13-year-olds was compared with a group of 51 19-year-olds in terms of their media literacy. The control variables were intelligence, SES, sex, and age. The results showed that a significant development of media literacy took place during adolescence (∆M = .17), agreeing with Potter’s (1998, 2013) development theory of media literacy. Media literacy was significantly correlated with reading skills and school grades. Regarding adults, media literacy was also significantly correlated with mathematical skills; the association was greater than that with reading skills. However, no connection with mathematical skills was found for adolescents. To control for the influence of age and intelligence, which were both associated with media literacy, hierarchical regressions and path analyses were conducted. The results revealed that media literacy had a greater impact on grades and academic abilities than intelligence. These results are in line with those obtained by Paino and Renzulli (2012).
Study III investigated whether media literacy helps young adults to better learn from three kinds of media, a written, an auditory, and an audio-visual text, and which medium achieves the best learning results. Three groups of 91 young adults were compared (written, auditory, and audio-visual text) in terms of their learning outcomes. These outcomes were conceptualized as directly stated information in the text (assessed by text-based questions) and inferential learning (inference questions). A computer-based short version of the WMK was applied to assess media literacy, which should be optimized in the future. The control variables were intelligence, verbal ability, media usage, prior knowledge, and SES. In hierarchical regression, media literacy turned out to be a significant predictor of text inferences, even when other relevant variables, such as intelligence, were controlled for. Inferences foster the building of the situation model, which is believed by many authors to be true comprehension of a text (Zwaan & Radvansky, 1998). The outcomes of study III support Ohler’s (1994) assumption that media literacy fosters the creation of a more elaborated situational model. Text-based questions were only influenced by prior knowledge. As assumed by Potter (1998, 2016), the media literacy of young adults in the Western world suffices to extract relevant facts from educational learning material. Both subjects were best in the written text condition for text-based and inference question results. Audiovisual and auditory texts showed no significant differences. The written text condition did not excel in the auditory text condition for inferences. The results accord with those obtained by, for instance, Byrne and Curtis (2000).
Taken together, these studies show that media literacy can influence several cognitive and political variables. It stimulates political interest, reading comprehension, school grades, and mathematical abilities in young adults, as well as drawing inferences from different kinds of texts. Additionally, media literacy develops further during adolescence.
Die Fallbeschreibungen der vorliegenden Arbeit befassen sich mit der Entwicklung von vier Legasthenikern bis in das Erwachsenenalter hinein. Dabei wird besonders auf die schulische und berufliche Entwicklung, die Förderung und Therapie sowie die psychische Situation eingegangen. Anschließend erfolgt ein Vergleich mit weiteren Studien, die Legastheniker über einen längeren Zeitraum begleitet haben. Es wird deutlich, dass die Entwicklung von Kindern mit einer Lese-Rechtschreibstörung entscheidend von verschiedenen Rahmenbedingungen, wie zum Beispiel einer frühen legastheniespezifischen Förderung, einer schulischen Berücksichtigung der Lese-Rechtschreibstörung, der Unterstützung durch die Familie und der Herkunft abhängt. Unter optimalen Rahmenbedingungen haben auch Legastheniker die Chance, einen ihrer Intelligenz entsprechenden Schulabschluss und einen gehobenen Beruf zu erlangen.
No abstract available.